שסתומי מימן נוזלי מנקודת מבט של התעשייה

למימן נוזלי יתרונות מסוימים באחסון ובהובלה. בהשוואה למימן, למימן נוזלי (LH2) יש צפיפות גבוהה יותר ודורש לחץ נמוך יותר לאחסון. עם זאת, מימן צריך להיות בטמפרטורה של -253 מעלות צלזיוס כדי להפוך לנוזלי, מה שאומר שזה די קשה. טמפרטורות נמוכות קיצוניות וסיכוני דליקות הופכים מימן נוזלי לתווך מסוכן. מסיבה זו, אמצעי בטיחות מחמירים ואמינות גבוהה הם דרישות בלתי מתפשרות בעת תכנון שסתומים עבור היישומים הרלוונטיים.

מאת פדילה חלפאוי, פרדריק בלנק

שסתום ולן (וולן)

יישומים של מימן נוזלי (LH2).

כיום, מימן נוזלי משמש ומנוסה לשימוש באירועים מיוחדים שונים. בתחום התעופה והחלל, ניתן להשתמש בו כדלק לשיגור רקטות ויכול גם לייצר גלי הלם במנהרות רוח טרנס-קוליות. מימן נוזלי, המגובה על ידי "מדע גדול", הפך לחומר מפתח במערכות מוליכות-על, מאיצי חלקיקים והתקני היתוך גרעיני. ככל שרצונם של אנשים לפיתוח בר-קיימא גובר, מימן נוזלי משמש כדלק על ידי יותר ויותר משאיות וספינות בשנים האחרונות. בתרחישי היישומים הנ"ל, חשיבותם של שסתומים ברורה מאוד. הפעלה בטוחה ואמינה של שסתומים היא חלק בלתי נפרד ממערכת האקולוגית של שרשרת האספקה ​​של מימן נוזלי (ייצור, הובלה, אחסון והפצה). פעולות הקשורות למימן נוזלי הן מאתגרות. עם יותר מ-30 שנות ניסיון מעשי ומומחיות בתחום שסתומים בעלי ביצועים גבוהים עד 272- מעלות צלזיוס, Velan מעורבת בפרויקטים חדשניים שונים במשך זמן רב, וברור שהיא ניצחה באתגרים הטכניים של שירות מימן נוזלי בזכות כוחה.

אתגרים בשלב התכנון

לחץ, טמפרטורה וריכוז מימן הם כולם גורמים עיקריים הנבחנים בהערכת סיכונים בתכנון שסתום. על מנת לייעל את ביצועי השסתום, לתכנון ולבחירת החומרים יש תפקיד מכריע. שסתומים המשמשים ביישומי מימן נוזלי מתמודדים עם אתגרים נוספים, כולל ההשפעות השליליות של מימן על מתכות. בטמפרטורות נמוכות מאוד, חומרי השסתום חייבים לא רק לעמוד בפני התקפת מולקולות מימן (חלק ממנגנוני הבלאי הנלווים עדיין מתווכחים באקדמיה), אלא גם לשמור על פעולה תקינה לאורך זמן רב לאורך מחזור חייהם. מבחינת רמת הפיתוח הטכנולוגי הנוכחית, לתעשייה יש ידע מוגבל על תחולתם של חומרים לא מתכתיים ביישומי מימן. בבחירת חומר איטום, יש צורך לקחת בחשבון גורם זה. איטום יעיל הוא גם קריטריון מפתח לביצועי התכנון. קיים הפרש טמפרטורות של כמעט 300 מעלות צלזיוס בין מימן נוזלי לטמפרטורת הסביבה (טמפרטורת החדר), וכתוצאה מכך נוצר מפל טמפרטורה. כל רכיב של השסתום יעבור דרגות שונות של התפשטות והתכווצות תרמית. פער זה יכול להוביל לדליפה מסוכנת של משטחי איטום קריטיים. אטימות האיטום של גזע השסתום היא גם מוקד התכנון. המעבר מקור לחום יוצר זרימת חום. חלקים חמים באזור חלל מכסה המנוע עלולים לקפוא, דבר שעלול לשבש את ביצועי איטום הגזע ולהשפיע על פעולת השסתום. בנוסף, הטמפרטורה הנמוכה במיוחד של -253 מעלות צלזיוס פירושה שנדרשת טכנולוגיית הבידוד הטובה ביותר כדי להבטיח שהשסתום יוכל לשמור על מימן נוזלי בטמפרטורה זו תוך מזעור הפסדים הנגרמים כתוצאה מרתיחה. כל עוד יש חום המועבר למימן הנוזלי, הוא יתאדה וידלף. לא רק זאת, עיבוי חמצן מתרחש בנקודת השבירה של הבידוד. ברגע שחמצן בא במגע עם מימן או חומרים דליקים אחרים, הסיכון לשריפה עולה. לכן, בהתחשב בסיכון השריפה שעשוי להתמודד איתו שסתומים, יש לתכנן שסתומים תוך התחשבות בחומרים עמידים בפני פיצוץ, כמו גם במפעילים, מכשור וכבלים עמידים בפני אש, כולם עם האישורים המחמירים ביותר. זה מבטיח שהשסתום יפעל כראוי במקרה של שריפה. לחץ מוגבר הוא גם סיכון פוטנציאלי שיכול לגרום לשסתומים להיות בלתי פעילים. אם מימן נוזלי נלכד בחלל גוף השסתום ומתרחשים בו זמנית העברת חום ואידוי מימן נוזלי, הדבר יגרום לעלייה בלחץ. אם יש הפרש לחצים גדול, מתרחש קוויטציה (קביטציה)/רעש. תופעות אלו עלולות להוביל לסיום בטרם עת של חיי השירות של השסתום, ואף לסבול מהפסדים עצומים עקב פגמים בתהליך. ללא קשר לתנאי ההפעלה הספציפיים, אם ניתן לשקול במלואם את הגורמים הנ"ל ולנקוט באמצעי נגד מתאימים בתהליך התכנון, ניתן להבטיח פעולה בטוחה ואמינה של השסתום. בנוסף, קיימים אתגרי תכנון הקשורים לסוגיות סביבתיות, כגון דליפה נמלטת. מימן הוא ייחודי: מולקולות קטנות, חסר צבע, חסר ריח ונפיץ. מאפיינים אלו קובעים את הצורך המוחלט באפס דליפה.

בתחנת הנזלת מימן בחוף המערבי של צפון לאס וגאס,

מהנדסי וילנד שסתומים מספקים שירותים טכניים

פתרונות שסתומים

ללא קשר לתפקוד ולסוג הספציפיים, שסתומים לכל יישומי המימן הנוזלי חייבים לעמוד בכמה דרישות נפוצות. דרישות אלו כוללות: חומר החלק המבני חייב להבטיח שמירה על שלמות מבנית בטמפרטורות נמוכות ביותר; כל החומרים חייבים להיות בעלי תכונות בטיחות אש טבעיות. מאותה סיבה, גם אלמנטי האיטום והאריזה של שסתומי מימן נוזלי חייבים לעמוד בדרישות הבסיסיות שהוזכרו לעיל. נירוסטה אוסטנית היא חומר אידיאלי לשסתומי מימן נוזלי. יש לה חוזק פגיעה מעולה, אובדן חום מינימלי ויכולה לעמוד בשינויי טמפרטורה גדולים. ישנם חומרים אחרים המתאימים גם לתנאי מימן נוזלי, אך מוגבלים לתנאי תהליך ספציפיים. בנוסף לבחירת החומרים, אין להתעלם מכמה פרטים עיצוביים, כגון הארכת גזע השסתום ושימוש בעמודת אוויר להגנה על אריזת האיטום מפני טמפרטורות נמוכות ביותר. בנוסף, ניתן לצייד את הארכת גזע השסתום בטבעת בידוד כדי למנוע עיבוי. תכנון שסתומים בהתאם לתנאי יישום ספציפיים מסייע במתן פתרונות סבירים יותר לאתגרים טכניים שונים. Vellan מציעה שסתומי פרפר בשני עיצובים שונים: שסתומי פרפר בעלי מושב מתכת כפול אקסצנטרי ומשולש אקסצנטרי. לשני העיצובים יכולת זרימה דו כיוונית. על ידי תכנון צורת הדיסק ומסלול הסיבוב, ניתן להשיג איטום אטום. אין חלל בגוף השסתום שבו אין שיורי מדיום. במקרה של שסתום הפרפר הכפול האקסצנטרי Velan, הוא מאמץ את עיצוב הסיבוב האקסצנטרי של הדיסק, בשילוב עם מערכת האיטום הייחודית VELFLEX, כדי להשיג ביצועי איטום מצוינים של השסתום. עיצוב פטנטי זה יכול לעמוד אפילו בתנודות טמפרטורה גדולות בשסתום. לדיסק המשולש האקסצנטרי TORQSEAL יש גם מסלול סיבוב שתוכנן במיוחד המסייע להבטיח שמשטח האיטום של הדיסק נוגע רק במושב ברגע ההגעה למצב סגור של השסתום ולא נשרט. לכן, מומנט הסגירה של השסתום יכול להניע את הדיסק להשיג ישיבה גמישה, וליצור אפקט טריז מספיק במצב סגור של השסתום, תוך יצירת מגע שווה של הדיסק עם כל היקף משטח האיטום של המושב. הגמישות של מושב השסתום מאפשרת לגוף השסתום ולדיסק פונקציית "התאמה עצמית", ובכך נמנעת תפיסת הדיסק במהלך תנודות טמפרטורה. ציר השסתום המחוזק מפלדת אל-חלד מסוגל למחזורי פעולה גבוהים ופועל בצורה חלקה בטמפרטורות נמוכות מאוד. עיצוב האקסצנטרי הכפול VELFLEX מאפשר שירות מקוון של השסתום במהירות ובקלות. הודות למארז הצדדי, ניתן לבדוק או לטפל ישירות במושב ובדיסק, ללא צורך בפירוק המפעיל או בכלים מיוחדים.

Tianjin Tanggu Water-Seal Valve Co., Ltdתומכים בשסתומים בעלי מושב גמיש בטכנולוגיה מתקדמת ביותר, כולל שסתומים בעלי מושב גמיששסתום פרפר ופל, שסתום פרפר לולאה, שסתום פרפר קונצנטרי כפול אוגןשסתום פרפר אקסצנטרי בעל אוגן כפול,מסננת Y, שסתום איזון,שסתום בדיקה כפול של פרוסותוכו'